變電站攝像機(jī)運(yùn)檢保護(hù)裝置設(shè)計(jì)與分析

朱 健

（揚(yáng)州供電公司檢修分公司高郵運(yùn)維站，江蘇 揚(yáng)州225600）

1 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目研究采用升降式導(dǎo)軌支架安裝高壓設(shè)備區(qū)攝像機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)在構(gòu)架上的自如升降、定位，并可通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)軟件調(diào)整攝像機(jī)的上下、左右移動(dòng)，這樣可以達(dá)到2個(gè)目的：（1）通過(guò)增加攝像機(jī)的監(jiān)視范圍，用較少的攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)視效果，從而減少高壓設(shè)備區(qū)攝像機(jī)的安裝數(shù)量；（2）攝像機(jī)維護(hù)和檢修的免停電、免登高作業(yè)，極大降低了視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 總體設(shè)計(jì)

基于變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺(tái)技術(shù)支撐，增加攝像機(jī)運(yùn)檢保護(hù)裝置485接口Modbus通信規(guī)約，規(guī)約中對(duì)接口通信方式進(jìn)行明確定義，使后臺(tái)遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)運(yùn)檢保護(hù)裝置的上升、下降等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)安裝與維護(hù)的簡(jiǎn)易化、安全化作業(yè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 單片機(jī)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的核心——單片機(jī)，使用基于Modbus協(xié)議的RS485總線通信方式，可以通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)選擇本卡地址以及波特率。

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器和其他設(shè)備之間可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）通信，它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

RS485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有較高的靈敏度，能檢測(cè)低達(dá)200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。使用RS485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，能進(jìn)行長(zhǎng)距離通信，故得到廣泛應(yīng)用。

CPU選用AT89C5l高性能CMOS8位微處理器作為控制芯片。AT89C51自帶4kB閃爍可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)幾萬(wàn)次以上，使用方便。同時(shí)采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS－51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的控制方案。

AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)如圖2所示，其說(shuō)明如下：（1）復(fù)位電路：本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位形式，微控制器上電后，系統(tǒng)時(shí)鐘啟動(dòng)，當(dāng)復(fù)位引腳第9引腳接高電平并且時(shí)間超過(guò)2個(gè)機(jī)器周期，即可完成復(fù)位操作。（2）開(kāi)關(guān)控制電路：AT89C51單片機(jī)復(fù)位后P0～P3口初始狀態(tài)為0FFH，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)控制電機(jī)的換向，系統(tǒng)不斷檢測(cè)P3.2～P3.3引腳的狀態(tài)，按鈕按下，系統(tǒng)檢測(cè)到低電平，執(zhí)行相關(guān)操作，否則在上拉電阻和＋5V電源作用下始終保持高電平，如圖3所示。

圖2 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)

圖3 開(kāi)關(guān)控制電路

4 系統(tǒng)抗干擾措施

對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，抗干擾設(shè)計(jì)可以從2個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，一是采取硬件措施抗干擾，另外還可采取軟件措施抗干擾，絕大多數(shù)情況下，這2方面的措施應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行。

硬件抗干擾技術(shù)通常包括接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、長(zhǎng)線傳輸?shù)囊种萍夹g(shù)、共模和差模干擾的抑制技術(shù)、供電系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、印刷電路板抗干擾技術(shù)等。

本裝置在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)采取了多種抗干擾措施，主要體現(xiàn)在：（1）輸出通道進(jìn)行光電隔離；（2）電源供電部分可靠接地；（3）合理布置印刷電路板上的器件和配線。

4.1 光電耦合電路

光電耦合器由發(fā)光源和受光器2部分組成。當(dāng)有電流流過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光。光敏三極管接受光照后即可導(dǎo)通，從而產(chǎn)生電信號(hào)。使用光電耦合器時(shí)必須接外電路，主要考慮接驅(qū)動(dòng)器和外接電阻，如圖4所示。

4.2 功率放大電路

功率放大電路的功能是將環(huán)形分配器送來(lái)的弱電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào)，在這里采用單電壓驅(qū)動(dòng)電路，如圖5所示。

圖4 光電耦合電路

圖5 功率放大電路

5 通信協(xié)議

串口通信定義如下：（1）默認(rèn)波特率：9600，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)校驗(yàn)位。（2）默認(rèn)地址：0x01。（3）默認(rèn)通信接口：RS485接口。指令簡(jiǎn)表如表1所示。

表1 指令簡(jiǎn)表

6 機(jī)械設(shè)計(jì)

變電站攝像機(jī)運(yùn)檢保護(hù)裝置由高強(qiáng)度鋁合金軌道、工作臺(tái)（攝像機(jī)安裝底座）、起升機(jī)構(gòu)3部分組成，滑道的長(zhǎng)度和起升鋼絲繩滾筒尺寸由攝像頭的工作高度決定，軌道安裝在高桿桿體的外臂上；工作臺(tái)與起升機(jī)構(gòu)為一體，隨工作臺(tái)的升降而上升、下降；連接攝像機(jī)的電源、視頻、控制電纜在軌道內(nèi)也隨工作臺(tái)移動(dòng)。

裝置具有無(wú)源自動(dòng)鎖緊保護(hù)功能，斷電情況下攝像機(jī)不會(huì)移動(dòng)，杜絕了攝像機(jī)意外墜落的安全隱患。

裝置采用組合式構(gòu)件，升降軌道長(zhǎng)度可自由選擇，適用于不同環(huán)境，同時(shí)保證了裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的安全性。

如圖6所示，本地按鈕控制時(shí)，把控制攝像機(jī)升降操作控制器的插頭插在電氣箱內(nèi)的控制插座上，按動(dòng)上升按鈕，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)3勻速工作，上升、下降的速度為2.3m／min；蝸輪蝸桿減速機(jī)3的齒輪傳動(dòng)鋼絲繩卷筒2的齒輪，此時(shí)鋼絲繩卷筒2在齒輪的傳動(dòng)下把提升鋼絲繩整齊有序地自動(dòng)纏繞在筒上；提升鋼絲繩不斷地纏繞在鋼絲繩卷筒2上的同時(shí)提升了工作平臺(tái)的小車；在工作平臺(tái)小車不斷提升時(shí)，小車兩側(cè)滾輪1、4、8、10和小車中間的防擺動(dòng)滾輪6、9同時(shí)沿著軌道勻速滾動(dòng)；攝像機(jī)安裝在平臺(tái)7上（安裝數(shù)量可根據(jù)要求設(shè)計(jì)）。

圖6 機(jī)械設(shè)計(jì)圖

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)攝像機(jī)運(yùn)檢保護(hù)裝置，徹底解決了攝像機(jī)維護(hù)工作中因安裝時(shí)距離帶電設(shè)備近、安裝高度較高等存在安全隱患而需要待停電處理或登高作業(yè)，導(dǎo)致故障不能及時(shí)處理的問(wèn)題。

本項(xiàng)目的研究與應(yīng)用，大大提高了變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)技術(shù)水平，有效解決了維護(hù)人員維護(hù)條件限制及工作安全問(wèn)題，提高了維護(hù)工作效率，實(shí)現(xiàn)了變電站攝像機(jī)運(yùn)檢模式的新突破。

［1］李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005

［2］虞日躍，史洪源.RS485總線的理論與實(shí)踐［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2001（11）

［3］李海萍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

［4］CJ／T3076—1998 升降式高桿照明裝置［S］